当下碳捕集、利用与封存技术

16年1月5日

近年来，我国在推进节能减排工作的同时，还高度重视碳捕集、利用与封存（CCUS）技术的研发、示范，立足国情积极探索基于CCUS 技术实现传统高碳产业低碳化转型发展之路，探索培育形成煤电、煤化工、钢铁、水泥等高碳产业同CCUS 技术耦合发展的低碳产业链和产业集群。

中国发展CCUS技术的背景

2015年6月底，中国正式提交了《强化应对气候变化行动——中国国家自主贡献》(INDC)，预案中提出，中国二氧化碳排放2030 年左右达到峰值并争取尽早达峰，单位国内生产总值二氧化碳排放比2005 年下降60%～65%。这份雄心勃勃的承诺对外显示了中国作为负责任的大国主动承担应对气候变化国际责任的决心，对内则预示着中国将在发展模式与路径上开展大力的探索与创新。

中国是一个拥有13 多亿人口的发展中国家，还处于城镇化、工业化快速发展阶段，既要完成经济持续发展、消除贫困、提高社会福祉的首要任务，又必须面临资源能源供应趋紧、生态环境以及应对气候变化约束加大等多重挑战。

中国煤电、煤化工、钢铁和水泥四大产业是主要的煤炭消费产业，占CO2 集中排放的90% 以上。而中国“多煤、少油、缺气、贫铀”的资源禀赋决定了以煤为主的能源结构短时间内无法改变，过激地调整能源消费结构必然加剧中国能源安全危机，影响经济快速平稳增长。因此，从长远来看，只有实现煤炭的低碳化利用才是保障中国未来社会经济发展的根本出路。

CCUS 技术同煤电、煤化工、钢铁、水泥等传统产业相结合，可以大规模减排二氧化碳，实现煤炭清洁低碳转化利用；可以通过发展多元化的二氧化碳资源化利用技术，实现油、气、铀等能源和矿产资源增采，缓解中国能源供给约束；还可基于CCUS 技术构建跨产业耦合发展的新业态，形成新的绿色低碳产业体系，培育新的增长点，确保中国未来发展多重目标的实现。

中国CCUS 技术研发应用现状

国际社会，特别是发达国家日益重视CCUS 技术的规划与应用，美国、英国、澳大利亚、加拿大等国家不仅将CCUS 视为推动传统产业结构调整和优化的重大减排技术，更瞄准该技术未来可观的市场效益。

中国同样对CCUS 技术的研发和示范给予了积极的关注。在国家气候变化相关规划、文件中明确提出加强CCUS 技术的开发。《国家中长期科技发展规划纲要（2006—2020 年）》《中国应对气候变化国家方案》《“十二五”国家科技发展规划》《“十二五”国家应对气候变化科技发展专项规划》《国家“十二五”碳捕集利用与封存技术发展规划》等文件都强调了发展CCUS技术的重要性。

在CCUS 技术研发、示范与产业化方面，近年来也开展了大量工作，取得一些进展。“十一五”以来，中国政府已经相继支持了国内高校、科研院所与大型电力、石油和煤炭企业CCUS 技术的研发示范，为CCUS 的产业化奠定了基础。包括开展了10 万吨/ 年二氧化碳捕集、运输与咸水层封存的全流程示范工程，在CO2 利用的多个领域均开展了大量的研发与示范。现已初步形成了具有中国特色的CCUS 技术发展路线和CO2资源化利用技术体系。但是，目前中国尚没有超过100万吨/ 年的大规模全流程示范项目，而且短期内CCUS 实现商业化运作仍面临成本高、部分关键技术不成熟、配套基础设施和相关政策缺失的困难。

CCUS 的减排贡献和产业目标

2013 年，由中国科技部21 世纪议程管理中心牵头对中国CO2 利用技术进行了全方位的科学评估，并于2014年发布了首部《中国二氧化碳利用技术评估报告》，评估了中国各类利用技术的减排潜力与效益。

根据评估，从当前的政策环境及技术发展趋势来看，随着CCUS 技术示范和产业化部署的加快，未来有很大的发展潜力。若加大对CCUS 发展的政策扶持和投资力度，可望在更早的阶段发挥更大的减排作用，并创造更广泛的经济与社会效益。

在此基础上，CCUS 技术将优先和重点应用于煤电、钢铁、水泥和煤化工产业的低碳化改造，形成跨行业有机结合的新型产业集群。

中国推进CCUS 产业化的主要路径

中国碳排放源量大面广、地质条件多样、工业基础与潜力巨大，这对发展CCUS 技术提供了良好的区域和行业条件。结合不同地域、行业及技术特点，通过系统规划，可形成多个技术耦合、源汇匹配优化的CCUS 发展路径和新型产业集群。

高排放产业低碳化产业集群

高排放产业近零排放—石油增采—水溶性矿产资源增产：以燃煤电厂（及部分钢铁水泥企业）等排放源为对象开展CO2 捕集，实施近零排放技术示范应用；捕集的CO2 用于强化石油开采（EOR）；同时，利用CO2 注入深部咸水层或卤水层（EWR），驱替高附加值液体矿产资源（例如，锂盐、钾盐、溴素等）或开采深部水资源。

高碳能源低碳利用产业集群

煤化工—CO2 驱替煤层气—CO2 转化合成化学品：将CCS技术与煤制天然气等高碳能源低碳利用技术相结合，捕集高浓度二氧化碳，用于驱替煤层气（ECBM）技术示范；同时，将捕集的CO2 与焦炉气结合，推广CO2 制备合成气、液体燃料、甲醇等化工利用技术的集成应用。

CO2 循环利用和生态产业集群

钢铁和水泥—CO2 矿化转化—微藻培育及生态农业：钢铁和水泥行业排放的低浓度二氧化碳，通过CO2 矿化利用技术可以用于矿化处理大宗固体废弃物（如钢渣、磷石膏等）制备化学品和材料；另外，可以直接将其用于微藻的培育。培育的微藻是一种非常好的土壤改良肥料，特别适合中国盐碱地和沙漠土壤的生态改良，同时，通过在钢铁和水泥排放源附近，采用CO2 生物气肥技术立体种植农作物和培育微藻，不仅解决了CO2 的有效固定，而且有利于实现农产品增产，拉动微藻制备燃料和化学品产业的发展。

总而言之，通过CO2 利用技术的研发与推广， 能够实现CO2 的资源化、规模化、产业化应用， 如提高能源采收率、制备清洁液体燃料、增采矿产资源、合成高附加值化学产品及材料、增产生物农产品与消费品等。尽管CO2 利用的主要核心技术尚处于中试放大和产业转化阶段， 但是该类技术有助于保障能源安全、改善环境、缓解减排压力、提供新的经济增长点、培育战略性新兴产业、提高国家竞争力等，并且促进社会可持续发展的多重效应已经不断彰显。目前各类CO2 利用技术发展水平相差较大，有的技术已经接近商业应用水平， 有的技术尚处于基础研究阶段。若完全按照当前的技术研发进度， CO2 利用技术能够在2030 年发挥较大的减排潜力和经济效益。若加大政策扶持力度， 营造更加宽松的市场环境， 那么还处于示范和研发阶段的CO2利用技术则有望加速成熟并很快投入使用，产生更大的效益。

结论与建议

发展CCUS 技术有助于创新中国低碳发展的路径。传统高碳产业结合CCUS 技术形成的新产业集群，有望发展成为新的增长极，促进经济社会的可持续发展。

中国CCUS 技术示范与推广工作具体建议如下：

（1）全国范围特别是在鄂尔多斯盆地、松辽盆地、渤海湾盆地和准葛尔盆地等CCUS 早期示范条件较好的地区，开展系统的CO2 利用和封存成本、安全、环境等条件评估，更加准确地掌握中国CCUS 的应用潜力。

（2）煤化工等高浓度排放源由于其较低的捕集成本，应率先开展捕集、利用与封存全流程技术示范；技术选择上应当充分考虑降低煤炭资源的消耗和提高整体过程能效的有机结合。通过加强煤制天然气工艺的开发、突破CO2 转化合成化学品的核心技术和成套装备、促进高碳能源低碳利用技术集成示范及产业化。

（3）燃煤电厂排放量大、点源多，应及时开展大规模全流程示范，但在技术方向选择上，目前尚难以判断燃烧后捕集、燃烧前捕集和富氧燃烧技术的大规模商业发展前景，其示范机会应尽量均等；积极稳妥地推进CO2-EOR、CO2-EWR、陆上咸水层封存与多种捕集方式在火电行业的集成示范和规模放大，在2020 年前形成数个100 万吨/ 年以上规模的示范工程。并通过这些全流程CCUS 技术示范形成的共性技术和经验，推动其他集成系统的技术示范。

（4）在CO2 资源化循环利用方面，应加强CO2 矿化利用技术和CO2 生物利用关键技术的研发与示范，尤其是对创新型低成本高效CO2 利用技术的研究。该类技术早期示范规模不大，可考虑与钢铁和水泥行业碳捕集示范集成系统结合开展。

（5）驱替煤层气和水溶性矿产资源增产技术应在充分借鉴CO2-EOR、咸水层封存相关示范中共性技术特点的基础上，加大特需技术的研发力度，积极寻找并在适当时期支持相关的集成示范。

（内容来源：神华集团承办世界煤炭协会官方杂志《基石》）